发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种射频功率放大器,以使得能够对射频功率放大器的增益进行控制的同时不会对负载电路的电感值产生影响,以实现不会改变负载电路的谐振频率从而保证负载电路在固定谐振频率上进行谐振。
为此,本发明解决技术问题的技术方案是:
本发明提供了一种射频功率放大器,所述放大器包括:至少两个放大电路、至少一个偏置电路、以及至少一个开关器件;
各个所述放大电路串联和/或并联;输入信号经所述至少两个放大电路后输出至负载电路;
所述至少一个偏置电路用于向所述至少两个放大电路提供偏置电流;
各个开关器件用于控制各个放大电路处于工作或断开两种状态;
串联接入所述放大器的放大电路还并联有开关电路;所述放大器还包括该开关电路。
优选地,各个开关电路用于该开关电路并联的放大电路处于工作状态时,该开关电路断开,该开关电路并联的放大电路处于断开状态时,该开关电路导通。
优选地,任一开关器件串联在任一偏置电路和该偏置电路提供偏置电流的放大电路之间。
优选地,任一开关器件串联在任一放大电路所在的回路中。
优选地,所述放大器中的各个放大电路依次串联,所述放大器中的放大电路的个数与开关电路的个数相同,输入信号接入依次串联的放大电路的输入端,所述依次串联的放大电路的输出端连接负载电路。
优选地,所述放大器中的各个放大电路相互并联,相互并联的各个放大电路的输入端均连接输入信号,相互并联的各个放大电路的输出端均连接负载电路。
优选地,各个放大电路分别包括一个或多个放大级。
优选地,每一个放大级包括两个差分放大管,偏置电路向与输入信号相连的放大级中的各个差分放大管提供偏置电流。
优选地,各个放大电路包括第一放大级、第二放大级和两个电阻,各个放大电路中的第一放大级的两个差分放大管的输入端分别通过所述两个电阻连接输入信号,输出端连接该放大电路中的第二放大级的输入端,该放大电路中的第二放大级的输出端连接负载电路;各个放大电路中的各个差分放大管处于饱和状态。
偏置电路向第一放大级中的差分放大管提供偏置电流。
优选地,所述放大器中的偏置电路包括电流源和放大管。
通过上述技术方案可知,本发明提供的射频功率放大器包括至少两个放大电路、至少一个偏置电路和至少一个开关器件,各个放大电路串联和/或并联,如果放大电路是串联接入放大器的,则该放大电路还会并联一开关电路,因此,通过控制处于工作状态的放大电路的数量,实现对射频功率放大器的增益进行控制,同时不会调节负载电路的电感值,实现了不会改变负载电路的谐振频率从而保证负载电路在固定谐振频率上进行谐振。
具体实施方式
本发明提供了射频功率放大器的一具体实施例,在本实施例中,所述放大器包括:至少两个放大电路、至少一个偏置电路、以及至少一个开关器件。
各个所述放大电路串联和/或并联。具体地,各个放大电路可以全部并联,也可以全部串联,或者各个放大电路中的部分放大电路串联,串联后的放大电路与除该部分放大电路外的其余的放大电路并联等等,均不影响本发明的实现。任一放大电路能将输入该放大电路的信号进行放大,具体地,放大电路可以由一个或多个放大管组成。
射频功率放大器的输入信号经所述至少两个放大电路后输出至负载电路。
所述至少一个偏置电路用于向所述至少两个放大电路提供偏置电流。偏置电路的个数在本发明中也不做限定,可以为一个,即一个偏置电路向所有的放大电路提供偏置电流,也可以为多个,例如,偏置电路的个数可以与放大电路的个数相同,此时各个偏置电路分别为各个放大电路提供偏置电流。偏置电路可以包括电流源和放大管。
各个开关器件用于控制各个放大电路处于工作或断开两种状态。开关器件可以是通过控制放大电路中是否有电流流过,来控制放大电路处于工作或断开状态,例如,开关器件使得有电流流过放大电路,则放大电路处于工作状态;开关器件使得没有电流流过放大电路,则放大电路处于断开状态。开关器件控制各个放大电路处于工作或断开状态,具体可以是控制放大电路处于闭合回路或断路状态,此时各个开关器件中的任一个或多个开关器件串联在任一放大电路所在的回路中,也可以是控制放大电路能够或者不能接收到偏置电流,此时各个开关器件中的任一个或多个开关器件串联在任一偏置电路和该偏置电路提供偏置电流的放大电路之间。
串联接入所述放大器的放大电路还并联有开关电路,所述放大器还包括该开关电路。这里值得说明的是,只有当射频功率放大器中有串联接入的放大电路时,该射频功率放大器才包括开关电路,而当射频功率放大器中的所有放大电路均为并联时,该射频功率放大器不包括开关电路。
各个开关电路用于该开关电路并联的放大电路处于工作状态时,该开关电路断开,此时该并联的放大电路将输入该并联的放大电路的信号进行放大;该开关电路并联的放大电路处于断开状态时,该开关电路导通,此时该开关电路将输入该并联的放大电路的信号直接输出。
通过上述技术方案可知,本实施例中提供的射频功率放大器包括至少两个放大电路、至少一个偏置电路和至少一个开关器件,各个放大电路串联和/或并联,如果放大电路是串联接入放大器的,则该放大电路还会并联一开关电路,并且该放大电路工作时,开关电路断开,此时信号经过放大电路进行放大,该放大电路断开时,开关电路导通,此时信号通过开关电路进行传输。开关器件控制各个放大电路处于工作或断开两种状态,因此,通过控制处于工作状态的放大电路的数量,实现对射频功率放大器的增益进行控制,同时不会调节负载电路的电感值,实现了不会改变负载电路的谐振频率从而保证负载电路在固定谐振频率上进行谐振。
此外,本实施例中的射频功率放大器工作的放大电路的数量越多时,流经负载的电流越大,而流经负载的电流越大也使得射频功率放大器的增益也越大。
并且,在现有技术中通过调节负载电路的电感值实现对射频功率放大器的增益进行调节时,可能会由于调节电感而导致芯片面积变大,而在本实施例中,不会调节负载电路的电感值,因此不会产生因调节电感值而产生芯片面积变大的问题。
在本实施例中,各个放大电路并联和/或串联,下面分别通过两个实施例说明各个放大电路并联,以及各个放大电路串联的具体电路。
请参阅图1,本发明提供了射频功率放大器的一具体实施例,在本实施例中,不妨设射频功率放大器包括4个放大电路,4个开关器件和1个偏置电路,而在本发明提供的射频功率放大器的其他实施例中,放大电路个数只需满足至少两个,并且偏置电路和开关器件的个数均只需满足至少一个。
本实施例中,所述放大器包括:放大电路101、放大电路102、放大电路103、放大电路104、偏置电路105、开关器件106、开关器件107、开关器件108和开关器件109。
其中,放大电路101、放大电路102、放大电路103和放大电路104相互并联。相互并联的各个放大电路的输入端均连接输入信号,相互并联的各个放大电路的输出端均连接负载电路,因此,输入信号经相互并联的各个放大电路后输出给负载电路110。图1中未示出输入信号与各个放大电路的连接关系。
偏置电路105用于向各个放大电路提供偏置电流。偏置电路105包括一个电流源和一个MOS管。电流源连接MOS管的源极,MOS管的漏极接地,MOS管的栅极为偏置电路105的偏置电流输出端。偏置电路105也可以为其他能够提供偏置电流的具体结构,本发明对此不做限定。
开关器件106串联在偏置电路105和放大电路101之间,开关器件106闭合时,放大电路101能够接收到偏置电路105提供的偏置电流,此时放大电路101处于工作状态;开关器件106断开时,放大电路101不能接收到偏置电路105提供的偏置电流,此时放大电路101处于断开状态。
开关器件107串联在偏置电路105和放大电路102之间,开关器件107闭合时,放大电路102能够接收到偏置电路105提供的偏置电流,此时放大电路102处于工作状态;开关器件107断开时,放大电路102不能接收到偏置电路105提供的偏置电流,此时放大电路102处于断开状态。
开关器件108串联在偏置电路105和放大电路103之间,开关器件108闭合时,放大电路103能够接收到偏置电路105提供的偏置电流,此时放大电路103处于工作状态;开关器件108断开时,放大电路103不能接收到偏置电路105提供的偏置电流,此时放大电路103处于断开状态。
开关器件109串联在偏置电路105和放大电路104之间,开关器件109闭合时,放大电路104能够接收到偏置电路105提供的偏置电流,此时放大电路104处于工作状态;开关器件109断开时,放大电路104不能接收到偏置电路105提供的偏置电流,此时放大电路104处于断开状态。
在本实施例中,四个开关器件分别连接在偏置电路和四个放大电路之间,在其他的实施例中,开关器件也可以置于放大电路所在的回路中。
可以看出,在本实施例中,各个放大电路相互并联,输入信号经并联的放大电路后输出给负载电路,因此可以通过控制开关器件106、开关器件107、开关器件108和开关器件109的导通和闭合状态,从而控制放大电路101、放大电路102、放大电路103和放大电路104的工作和断开状态,因此能够对射频功率放大器的增益进行控制。例如,当四个开关器件全部闭合时,四个放大电路同时工作,此时放大器的增益最大,负载电路的工作电流和功耗也最大。若四个放大电路的放大系数相同时,只闭合任一个开关器件,其余三个开关器件全部断开时,此时放大器的增益最小,负载电路的工作电流和功耗也最小。
请参阅图2,本发明还提供了射频功率放大器的另一具体实施例,在本实施例中,不妨设射频功率放大器包括4个放大电路,4个开关器件和1个偏置电路,而在本发明提供的射频功率放大器的其他实施例中,放大电路个数只需满足至少两个,并且偏置电路和开关器件的个数均只需满足至少一个。
本实施例中,所述放大器包括:放大电路201、放大电路202、放大电路203、放大电路204、偏置电路205、开关器件206、开关器件207、开关器件208、开关器件209、开关电路210、开关电路211、开关电路212和开关电路213。
其中,放大电路201、放大电路202、放大电路203和放大电路204依次串联。输入信号经依次串联的放大电路的输入端,即放大电路201的输入端,依次串联的放大电路的输出端,即放大电路204的输出端连接负载电路214。
偏置电路205用于向各个放大电路提供偏置电流。偏置电路205包括一个电流源和一个MOS管。所述电流源连接MOS管的源极,MOS管的漏极接地,MOS管的栅极为偏置电路205的偏置电流输出端。偏置电路205也可以为其他能够提供偏置电流的具体结构,本发明对此不做限定。
开关器件206串联在偏置电路205和放大电路201之间,开关器件206闭合时,放大电路201能够接收到偏置电路205提供的偏置电流,此时放大电路201处于工作状态;开关器件206断开时,放大电路201不能接收到偏置电路205提供的偏置电流,此时放大电路201处于断开状态。开关器件206的闭合和断开状态并不影响放大电路202、放大电路203和放大电路204是否能接收到偏置电路205提供的偏置电流。
开关器件207串联在偏置电路205和放大电路202之间,开关器件207闭合时,放大电路202能够接收到偏置电路205提供的偏置电流,此时放大电路202处于工作状态;开关器件207断开时,放大电路202不能接收到偏置电路205提供的偏置电流,此时放大电路202处于断开状态。开关器件207的闭合和断开状态并不影响放大电路201、放大电路203和放大电路204是否能接收到偏置电路205提供的偏置电流。
开关器件208串联在偏置电路205和放大电路203之间,开关器件208闭合时,放大电路203能够接收到偏置电路205提供的偏置电流,此时放大电路203处于工作状态;开关器件208断开时,放大电路203不能接收到偏置电路205提供的偏置电流,此时放大电路203处于断开状态。开关器件208的闭合和断开状态并不影响放大电路201、放大电路202和放大电路204是否能接收到偏置电路205提供的偏置电流。
开关器件209串联在偏置电路205和放大电路204之间,开关器件209闭合时,放大电路204能够接收到偏置电路205提供的偏置电流,此时放大电路204处于工作状态;开关器件209断开时,放大电路204不能接收到偏置电路205提供的偏置电流,此时放大电路204处于断开状态。开关器件209的闭合和断开状态并不影响放大电路201、放大电路202和放大电路203是否能接收到偏置电路205提供的偏置电流。
开关电路210与放大电路201并联,当放大电路201工作时,即开关器件206闭合时,开关电路210断开,此时输入信号经放大电路201输出至放大电路202。当放大电路201断开时,即开关器件206断开时,开关电路210闭合,此时输入信号经开关电路210输出至放大电路202。
开关电路211与放大电路202并联,当放大电路202工作时,即开关器件207闭合时,开关电路211断开,此时放大电路201的输出信号经放大电路202输出至放大电路203。当放大电路202断开时,即开关器件207断开时,开关电路211闭合,此时放大电路201的输出信号经开关电路211输出至放大电路203。
开关电路212与放大电路203并联,当放大电路203工作时,即开关器件208闭合时,开关电路212断开,此时放大电路202的输出信号经放大电路203输出至放大电路204。当放大电路203断开时,即开关器件208断开时,开关电路212闭合,此时放大电路202的输出信号经开关电路212输出至放大电路204。
开关电路213与放大电路204并联,当放大电路204工作时,即开关器件209闭合时,开关电路213断开,此时放大电路203的输出信号经放大电路204输出至负载电路214。当放大电路204断开时,即开关器件209断开时,开关电路213闭合,此时放大电路203的输出信号经开关电路213输出至负载电路214。
在本实施例中,四个开关器件分别连接在偏置电路和四个放大电路之间,在其他的实施例中,开关器件也可以置于放大电路所在的回路中,即该放大电路与开关电路的并联支路中。
在其他实施例中,一个开关器件还可以控制两个或两个以上的放大电路的工作或断开状态,此时该开关器件在两个或两个以上放大电路与偏置电路的共同通路上。
可以看出,在本实施例中,各个放大电路依次串联,输入信号经依次串联的放大电路后输出给负载电路,因此可以通过控制开关器件206、开关器件207、开关器件208和开关器件209的导通和闭合状态,从而控制放大电路201、放大电路202、放大电路203和放大电路204的工作和断开状态,因此能够对射频功率放大器的增益进行控制。例如,当四个开关器件全部闭合时,此时四个开关电路全部断开,四个放大电路同时工作,此时放大器的增益最大,负载电路的工作电流和功耗也最大。若四个放大电路的放大系数相同时,只闭合任一个开关器件,其余三个开关器件全部断开,此时闭合的开关器件控制的放大电路所并联的开关电路断开,其余三个开关电路全部闭合,此时放大器的增益最小,负载电路的工作电流和功耗也最小。
上面通过两个实施例分别说明了开关电路全部并联和全部串联的情况,实际上,各个开关电路可以是部分开关电路并联,再与其他的开关电路串联,也可以是部分开关电路串联,再与其他的开关电路并联等等多种并联和串联的情况的组合,具体均可以参考上述全部并联和全部串联的具体实施例,在此不再赘述。
在本发明提供的射频功率放大器中,各个放大电路可以分别包括一个或多个放大级。每一个放大级还可以包括两个差分放大管。例如,在各个放大电路并联的具体实施例中,各个放大电路分别包括一个或多个放大级,每一个放大级还包括两个差分放大管,偏置电路向与输入信号相连的放大级中的各个差分放大管提供偏置电流。下面通过一个具体实施例,说明各个放大电路均包括两个放大级的具体电路。
请参阅图3,本发明还提供了射频功率放大器的另一具体实施例,在本实施例中,不妨设射频功率放大器包括4个放大电路,4个开关器件和1个偏置电路,而在本发明提供的射频功率放大器的其他实施例中,放大电路个数只需满足至少两个,并且偏置电路和开关器件的个数均只需满足至少一个。
本实施例中,所述放大器包括:放大电路301、放大电路302、放大电路303、放大电路304、偏置电路305、开关器件306、开关器件307、开关器件308和开关器件309。
其中,放大电路301、放大电路302、放大电路303和放大电路304相互并联。
开关器件306串联在偏置电路305和放大电路301之间,开关器件306闭合时,放大电路301能够接收到偏置电路305提供的偏置电流,此时放大电路301处于工作状态;开关器件306断开时,放大电路301不能接收到偏置电路305提供的偏置电流,此时放大电路301处于断开状态。
开关器件307串联在偏置电路305和放大电路302之间,开关器件307闭合时,放大电路302能够接收到偏置电路305提供的偏置电流,此时放大电路302处于工作状态;开关器件307断开时,放大电路302不能接收到偏置电路305提供的偏置电流,此时放大电路302处于断开状态。
开关器件308串联在偏置电路305和放大电路303之间,开关器件308闭合时,放大电路303能够接收到偏置电路305提供的偏置电流,此时放大电路303处于工作状态;开关器件308断开时,放大电路303不能接收到偏置电路305提供的偏置电流,此时放大电路303处于断开状态。
开关器件309串联在偏置电路305和放大电路304之间,开关器件309闭合时,放大电路304能够接收到偏置电路305提供的偏置电流,此时放大电路304处于工作状态;开关器件309断开时,放大电路304不能接收到偏置电路305提供的偏置电流,此时放大电路304处于断开状态。
在本实施例中,四个开关器件分别连接在偏置电路和四个放大电路之间,在其他的实施例中,开关器件也可以置于放大电路所在的回路中。
在本实施例中,各个放大电路均包括第一放大级、第二放大级和两个电阻,其中每一个放大级包括两个差分放大管。具体地,放大电路301的第一放大级包括差分放大管M11和M12,第二放大级包括差分放大管M13和差分放大管M14,放大电路301还包括电阻R11和电阻R12。放大电路302的第一放大级包括差分放大管M21和M22,第二放大级包括差分放大管M23和差分放大管M24,放大电路302还包括电阻R21和电阻R122。放大电路303的第一放大级包括差分放大管M31和M32,第二放大级包括差分放大管M33和差分放大管M34,放大电路303还包括电阻R31和电阻R32。放大电路304的第一放大级包括差分放大管M41和M42,第二放大级包括差分放大管M43和差分放大管M44,放大电路304还包括电阻R41和电阻R42。
其中,各个放大电路中的各个差分放大管的具体连接类似,因此这里只介绍放大电路301中的具体结构。放大电路301包括第一放大级和第二放大级,第一放大级包括差分放大管M11和M12,第二放大级包括差分放大管M13和M14。其中差分放大管M11的源极和差分放大管M12的源极接地,差分放大管M11的栅极通过电阻R11连接开关器件306,差分放大管M12的栅极通过电阻R12连接开关器件306。差分放大管M11的漏极连接差分放大管M13的源极,差分放大管M12的漏极连接差分放大管M14的源极,差分放大管M13的漏极和差分放大管M14的漏极为放大电路301的输出端,该输出端连接负载电路310,差分放大管M13的栅极和差分放大管M14的栅极均接电压VBN,VBN使得差分放大管M13和差分放大管M14工作在饱和状态。
各个放大电路中的第一放大级中的两个差分放大管的输入端分别通过两个电阻连接输入信号,具体可以为,第一放大级中的两个差分放大管的栅极分别通过两个电阻连接输入信号,例如,放大电路301中的差分放大管M11的栅极通过电阻R11接输入信号,差分放大管M12的栅极通过电阻R12接输入信号。各个放大电路中的第一放大级中的两个差分放大管的输出端连接该放大电路中的第二放大级中的输入端,各个放大电路中的第二放大级的输出端连接负载电路,具体可以为,第一放大级中的各个差分放大管的漏极为输出端,第二放大级中的各个差分放大管的源极为输入端,第二放大级中的各个差分放大管的漏极为输出端。各个放大电路中的各个差分放大管处于饱和状态。
需要说明的是,在本实施例中,以差分放大管为MOS管加以说明,而本发明并不对差分放大管的类型进行限定,差分放大管还可以为其他类型的放大器件。
偏置电路305用于向各个放大电路中的第一放大级中的差分放大管提供偏置电流。偏置电路305包括一个电流源和一个MOS管。电流源连接MOS管的源极,MOS管的漏极接地,MOS管的栅极为偏置电路305的偏置电流输出端。偏置电路305也可以为其他能够提供偏置电流的具体结构,本发明对此不做限定。
可以看出,在本实施例中,各个放大电路相互并联,输入信号经并联的放大电路后输出给负载电路,因此可以通过控制开关器件306、开关器件307、开关器件308和开关器件309的导通和闭合状态,从而控制放大电路301、放大电路302、放大电路303和放大电路304的工作和断开状态,因此能够对射频功率放大器的增益进行控制。
此外,值得说明的是,本实施例中放大电路包括两个放大级,第一放大级和第二放大级均工作在MOS管饱和区。第一级是共源放大器,主要功能是电压-电流放大,第二级是共栅放大器,主要功能是电流-电流放大,而且能够起到提高输出阻抗和隔离的作用。
本实施例中的各个放大电路连接的是同一个负载电路310。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。